一种永磁同步电机高效比例积分控制方法技术

本发明专利技术提出了一种永磁同步电机高效PI控制方法。该方案基于常规积分器的构造方法，改变其构造方式中的部分模型，得到了一种新型积分器，增强了积分器的增益效果，将此高效积分器替换常规积分器，增强了控制算法的抗干扰能力和稳定性，最终实现了永磁同步电机鲁棒性控制。制。制。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机高效比例积分控制方法


[0001]本专利技术属于永磁同步电机控制
，具体涉及一种高效比例积分控制方法。

技术介绍

[0002]随着伺服电机在工业上的广泛应用，伺服电机对速度控制的稳定性和抗干扰能力要求越来越高，因而出现了一些涉及电机本体结构优化和控制策略的研究。在传统的永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)转速控制中，最常使用的双闭环串级控制，外环为速度环，内环为电流环。传统的级联线性控制器如PI矢量控制，为了避免出现过大的超调，需要对其内外环的带宽进行必要的限制，使其相互匹配，由于其级联结构，存在比例积分参数整定工作和低动态响应的问题。为了解决上述问题，研究学者通过提出新的控制结构及控制方法等手段对控制性能进行改善。如韩京清将积分器串联型作为反馈系统的标准型，将过程简单地看成是积分器的串联，通过一种过程的“简单建模”，在此基础上提出了不依赖准确模型的自抗扰控制技术(ADRC)。
[0003]尽管ADRC得到了广泛应用，但是在高阶过程的控制上，基本二阶线性自抗扰技术(LADRC)与一些高性能PID控制器的区别不大，一阶LADRC与PI控制器基本没有区别。因为该方法没有发现常规积分器(Conventional integrator,CI)存在跟踪常值扰动的效率不高的问题。
[0004]因此，如何提高伺服电机PI控制积分效率的问题有待解决。

技术实现思路

[0005]针对
技术介绍
所存在的问题，本专利技术基于高效PI的控制方式，改进了传统PI控制，提高了算法的抗干扰能力，提高了矢量控制的鲁棒性。
[0006]为实现上述目的，如图3所示为控制结构框图，本专利技术的技术方案如下：
[0007]1近似滑动窗口滤波器的构造：基于Z
‑
N法则模型，分离出一种滑动窗口滤波器，并将其工程化找出一种近似滑动窗口滤波器对其进行近似；
[0008]2高效积分器的构造：根据常规积分器的构造方法，用近似滑动窗口滤波器替换其中的一节滤波器，得到一种高效积分器；
[0009]3双闭环系统模型：把高效比例积分控制应用于双闭环伺服电机控制模型中；
[0010]4仿真实验：比较得到的高效PI控制器与传统PI控制器的优势；
[0011]本专利技术的机理为：用一个高效积分器替换常规积分器，组合成高效PI控制器，将该控制器应用到伺服电机转速环，提高抗干扰能力。
[0012]本专利技术的机理为：基于常规积分器的构造方法，改变其中模型得到一种新型积分器并应用于伺服电机矢量控制。
附图说明
[0013]图1为高效PI矢量控制的结构框图。
[0014]图2为积分环节构造框图。
[0015]图3为电流环等效后的传递函数框图。
[0016]图4为高效PI传递函数结构框图。
[0017]图5为应用两种控制算法的系统开环Bode图。
[0018]图6为两种控制算法的Bode图。
[0019]图7为阶跃响应曲线图。
[0020]图8为矢量模型下的阶跃响应曲线图。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本专利技术作进一步地详细描述。
[0022]参数定义及说明：T
s
为采样周期；L
d
,L
q
、i
d
,i
q
、与u
d
,u
q
为定子dq轴上的磁链、电流、磁通施加的电压；ω
e
为电机的电角速度，ω
m
为电机的机械角速度，且ω
e
＝n
p
·
ω
m
；T
e
，T
L
分别为电机的电磁转矩和负载转矩；n
p
是磁极对数，ψ
f
为永磁体的磁链，J为转动惯量，B
m
为粘性摩擦系数，R为定子电阻。e为转速预测误差。
[0023]永磁同步电机高效比例积分矢量速度控制的控制框图如图1所示，该控制框图主要包括：转速环高效比例积分控制器、电流环常规比例积分控制器、永磁同步电机运动参数的测量和转换、SVPWM、逆变器。
[0024]【电机方程】
[0025]d
‑
q坐标系下永磁同步电机广义机械方程：
[0026][0027][0028]T
e
＝1.5n
p
(ψ
d
i
q
‑
ψ
q
i
d
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0029][0030]【近似滑动窗口滤波器的构造】
[0031]提高伺服电机PI控制积分效率的方法，来源于PI参数整定的一种方法，即Z
‑
N法则。写出Z
‑
N法则的模型Z
‑
N:M(s)，为
[0032][0033][0034]其中，K
Z
‑
N
为过程增益，τ
Z
‑
N
为过程滞后时间常数，SWF(s)为滑动窗口滤波器模型，如式(6)所示，滑动窗口滤波器SWF和一阶惯性滤波器(First order inertial filter,FOIF)有某种类似，具有典型的低通滤波特性，可以采用一阶惯性系统取代Z
‑
N:M中的SWF，
但是FOIF与SWF的性质完全不同，在SWF中，纯滞后环节的泰勒级数展开式为
[0035][0036]SWF是一种s项阶次无穷大系统或者无穷阶系统，因此SWF不能简单用FOIF近似。
[0037][0038]由于SWF不具有普遍的适用性，所以需要对SWF进行工程改造，而改造SWF的关键问题就是找到近似SWF的方法，一种惯性组合滤波器，能够比较理想地近似SWF，这就是近似滑动窗口滤波器ASWF。
[0039][0040]其中ASWF(s)、T
ASWF
、n
ASWF
分别为ASWF的传递函数、近似滑动窗时间长度和整数阶次。在实际应用中，n
ASWF
值取8已经足够实现较好的近似。
[0041]【高效积分器的构造】
[0042]如图2所示常规滤波器CI可以通过一阶惯性滤波器FOIF构造，通过相似的方法采用ASWF构造HEI。
[0043][0044]HEI具有比CI更高的输出效率，采用HEI构造的HPPI具有较高的性能，HPPI为：
[0045]HPPI(s)＝K
HPPI
[1+HEI(s)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0046]【双闭环系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机高效比例积分控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.从Z
‑
N法则模型中分离出滑动窗口滤波器，将滑动窗口滤波器作为反馈系统的标准型；步骤2.对步骤1所述滑动窗口滤波器进行工程化改造，构造更具有普遍适用性的近似滑动窗口滤波器；步骤3.仿照使用一阶惯性环节构造常规积分器的方法，用近似滑动窗口滤波器替换一阶惯性环节构造高...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈章勇，陈志远，陈勇，唐伟瀚，肖方波，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：